一文带你读懂，人脸识别原理，以及部分手机采用的3D结构光原理

现在越来越多的手机支持了人脸识别技术，人脸识别到底是什么原理？以及部分手机采用的3D结构光又是什么原理？既然是人脸识别，自然就需要相应的设备来获取，我们的人脸的面部信息。

那在目前来讲，手机上获得我们人脸面部信息的方式有两种，一种是目前绝大数安卓手机的方案，就是直接通过前置摄像头实现的2d人脸识别。另一种是像苹果手机，刘海部分的元器件实现的3D人脸识别。虽然一个是2D一个是3D，但人脸识别的原理大体上都是差不多的，所以咱们先了解一下人脸识别的原理。我们第一次使用人脸识别的时候和指纹解锁一样，要录入我们的人脸面部信息。

摄像头采集到我们的面部信息之后，要先对我们的图像进行处理，因为我们在录入面部信息的时候，所处的环境都是千差万别的。有的图像光线可能有点弱，有的图像噪点又有点多。所以要对图像进行处理，让手机可以更容易的识别出我们的面部信息。完成这一步之后，就要对我们的面部特征信息进行提取，比如面对各个器官之间的距离，以及器官的几何形状，这些都可以被提取到的特征信息，提取完我们的面部特征信息之后，这些特征信息都会被储存下来，当我们解锁手机时候，手机又会重复前面的步骤。

把提取到的面部特征信息，和我们第一次录入的面部特征信息进行对比，只要能对上绝大多数的特征信息，就可以解锁手机，这是我们人脸识别的大概原理，提取面部信息这一步就像我们提取密码一样，密码包含的信息越多，安全性就越高，而我们目前的安卓手机，都是通过一个前置摄像头，包括前段时间，小米八的红外摄像头。都是直接拍摄我们的人脸照片，获取的都是一个平面的图像，也就是我们说的2D人脸识别，因为摄像头拍到的是因为摄像头拍摄到的是一个平面图像，所以我们同样可以直接用一张图片，对着摄像头，就可以骗过我们的人脸识别，也不管我们用是用摄像头拍立体的人脸，还是直接对着一张照片，那最终拍下来都是一个平面的图像，所以2D的人脸识别就像一个六位的纯数字密码一样。

那为了提高2D人脸识别的安全性，也会有各种各样的算法，比如边框检测，反观检测之类的算法，可以在一定程度上，避免用照片视频骗过2D人脸识别。但六位数的密码终究是一个六位数的密码，我们只有提高密码的位数，增加大小写字母，甚至是特殊符号，只有增加更多的特征信息，才能在本质上提高人脸识别的安全性。所以我们除了要获取人脸器官之间的距离、几何形状，还要获取人脸的深度信息，也就是我们说所说的3D人脸识别技术，那目前来讲。获取我们人脸深度信息的技术，主要有三种，一种是Tof（飞行时间技术），就是传感器发射出红外光，红外光在从物体表面反射回传感器，传感器通过发射和反射光之间的相位查换算出深度信息。

而第二种是双目测距技术，和我们的人眼类似，直接用两个摄像头进行拍摄，就会得到两个不一样的平面图像，再把两张图像上相同的特征标注出来。最后再基于三角测量原理计算出深度信息，但双目测距的难点在于，要准确的标出两幅图像的共同特征点来。这里是什么意思呢？就比如说我们现在和小伙伴两个人正在逛街，小伙伴就相当于刚才左边的摄像头，我们自己就相当于右边的摄像头，现在看到的画面就是我们自己走在街上的视角，这个时候小伙伴说，你看前面那个红色衣服的小姐姐，这个时候我们应该深有体会，虽然小伙伴说了是红色衣服的小姐姐，可是我们一下子找到这个还是很难的，这就是我们双目测距的一个难点，那怎样才能解决这个问题呢？我们可以让小伙伴拿一支激光笔，直接只像他说的小姐姐。这下我们立马就可以找到目标，这个就是我们说的3D结构光技术。

所以我们在苹果或者小米的官网，介绍里能看到，刘海里面有一个点阵投影器和一个红外摄像头，点阵投影器，投影光点到我们的脸上，红外摄像头直接找到投影到脸上的光点，找到光点之后，后面的步骤就和双目测距一样，用三角测量的原理，计算出个光点的深度信息。这个就是我们3D结构光的原理，但在苹果和小米官网，他们在展示投影到脸上的不可见光点的时候，我们能发现。苹果和小米的这个观点是不一样的，苹果是一个个小点，而小米是类似二维码一样的光点，这两个又有什么区别呢？苹果这种属于散斑结构光，它的散斑有一定的随机性，所以安全性会更好，但相应的计算量也会更大，而小米属于有规律的编码结构光，好处是计算量要小一些，但和前者比较的话，安全性会稍微低一些。